02-半导体器件-三极管教程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,14,章 半导体器件,14.3,二极管,14.4,稳压二极管,14.5,双极型晶体管,14.2 PN,结及其单向导电性,14.1,半导体的导电特性,14.6,光电器件,14.5 双极型晶体管三极管,14.5.1 根本构造,(b),合金型,(a),平面型,常见晶体管的外形图,晶体管的结构示意图和符号,(a)NPN,型晶体管；,(b)PNP,型晶体管,基区：最薄，,掺杂浓度最低,放射区：掺,杂浓度最高,放射结,集电结,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,构造特点：,集电区：,面积最大,14.5.2 电流安排和放大原理,1.,晶体管放大的外部条件,放射结正偏、集电结反偏,PNP,放射结正偏 VBVE,集电结反偏 VCVE,集电结反偏 VCVB,晶体管电流放大的试验电路,设 UCC=6V，转变可变电阻 RB,则基极电流 IB、集电极电流 IC 和放射极电流 IE 都发生变化，测量结果如下表所示。,2.,各电极电流关系及电流放大作用,晶体管电流测量数据,结论,:,(1),I,E,=,I,B,+,I,C,，,符合基尔霍夫定律,(2),I,C,I,B,，,I,C,I,E,(3),I,C,I,B,把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大,变化的特性称为晶体管的电流放大作用。,实质:用一个微小电流的变化去把握一个较大电流,的变化，是CCCS器件。,(a)NPN,型晶体管；,电流方向和放射结与集电结的极性,(4)要使晶体管起放大作用，放射结必需正向偏置，集电结必需反向偏置。,(b)PNP,型晶体管,3,.,晶体管内部载流子的运动规律,I,E,I,BE,I,CE,I,CBO,放射结正偏,放射区电子不断向基区集中，形成放射极电流IE。,进入P 区的电子少局部与基区的空穴复合，形成电流IBE,多数集中到集电结。,集中到集电结边缘的电子在电场作用下以漂移进越过集电结，被集电区收集，形成ICE。,集电结反偏，有少子形成的反向电流,I,CBO,。,基区空穴向放射区的集中可无视。,3.,晶体管内部载流子的运动规律,I,C,=,I,CE,+,I,CBO,I,CE,I,B,=,I,BE,I,CBO,I,BE,ICE与IBE 之比称为共放射极电流放大倍数,集,射极穿透电流,温度,I,CEO,(,常用公式,),假设IB=0,则 IC ICEO,特性曲线,晶体管特性曲线即晶体管各电极电压与电流的关系曲线，是晶体管内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能,是分析放大电路的依据。,争论特性曲线的目的：,(1)直观地分析管子的工作状态。,(2)合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的电路。,重点争论应用最广泛的共放射极接法的特性曲线。,放射极是输入回路、输出回路的公共端。,共放射极电路,输入回路,输出回路,测量晶体管特性的试验线路,1.,输入特性,特点,:,非线性,正常工作时放射结电压：,NPN型硅管,UBE (0.6 0.7)V,PNP型锗管,UBE(0.2 0.3)V,3DG100,晶体管的,输入特性曲线,死区电压：硅管,0.5V,锗管,0.1V,2.,输出特性,共放射极电路,3DG100,晶体管的输出特性曲线,在不同的,I,B,下，可得出不同的曲线，所以晶体管,的,输出特性曲线,是一组曲线。,2.,输出特性,晶体管有三种工作状态，因而,输出特性曲线,分为三个工作区。,3DG100,晶体管的输出特性曲线,(1),放大区,放射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，,晶体管工作于放大状态。,IC=IB,具有恒流特性。,对,NPN,型管：,U,BE,约为,0.7V,，,U,CE,U,BE,。,2.3,1.5,Q,2,Q,1,大,放,区,(2),截止区,I,B,=0,的曲线以下的区域称为截止区。,I,B,=0,时,I,C,=,I,CEO,(,很小,),放射结和集电结均处于反向偏置。,假设无视ICEO：,IC 0,UCE UCC,对于硅管,I,CEO,1,A,。,对于锗管,I,CEO,约为,几十,至几百微安。,截止区,(3),饱和区,在饱和区，,I,B,I,C,，,深度饱和时，,硅管,U,CES,0.3V,，,锗管,U,CES,0.1V,。,I,C,U,CC,/,R,C,。,放射结和集电结均处于正向偏置，晶体管工作于饱和状态。,跳转,在模拟放大电路中，,晶体管工作在放大状,态。在数字电路中，,晶体管工作在截止或,饱和状态。,饱和区,当晶体管饱和时，UCE 0，放射极与集电极之间犹如一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，IC 0，放射极与集电极之间犹如一个开关的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。,晶体管三种工作状态时的电压和电流如以以以下图所示。,晶体管结电压的典型值,例:在以以以下图电路中,UCC=6V，RC=3k，RB=10k,=25，当输入电压 UI分别为 3V、1V和 1V时，试问晶体管处于何种工作状态？,解,:,晶体管饱和时的集电极电流近似为,晶体管刚饱和时的基极电流为,(,1,),当,U,I,=,3,V,时,晶体管处于饱和状态。,解,:,晶体管饱和时的集电极电流近似为,晶体管刚饱和时的基极电流为,(2),当,U,I,=1V,时，,晶体管处于放大状态。,(3)当UI=1V时，晶体管牢靠截止。,例:在以以以下图电路中,UCC=6V，RC=3k，RB=10k,=25，当输入电压 UI分别为 3V、1V和 1V时，试问晶体管处于何种工作状态？,主要参数,1.,电流放大系数,直流电流放大系数,沟通电流放大系数,当晶体管接成放射极电路时，,留意：,和,的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且,I,CE,O,较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的,值在,20 200,之间。,由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有,在特性曲线的近于水平局部，IC随IB成正比变化,值才可认为是根本恒定的。,表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数。晶体管的参数是设计电路、选用晶体管的依据。,例：,在,U,CE,=6 V,时，在,Q,1,点,I,B,=40,A,I,C,=1.5mA；,在,Q,2,点,I,B,=60 A,I,C,=2.3mA，,试求,和,。,在以后的计算中，一般作近似处理,=,。,解：,在,Q,1,点，有,由,Q,1,和,Q,2,点，得,2.,集,-,基极反向截止电流,I,CBO,I,CBO,是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。,温度,I,CBO,I,CBO,3.,集,-,射极反向截止电流,(,穿透电流,),I,CEO,I,CEO,受温度影响大。,温度,I,CEO,，,所以,I,C,也相应增加。,晶体管的温度特性较差。,4.,集电极最大允许电流,I,CM,5.,集,-,射极反向击穿电压,U,(BR)CEO,集电极电流,I,C,上升会导致晶体管的,值的下降,当,值下降到正常值的三分之二时,集电极电流即为,I,CM,。,当集射极电压UCE 超过确定的数值时，晶体管就会被击穿。手册上给出的数值是25C,基极开路时的击穿电压为U(BR)CEO。,6.,集电极最大允许耗散功率,P,CM,P,CM,取决于晶体管允许的温升，消耗功率过大,温升过高会烧坏晶体管。,P,C,P,CM,=,I,C,U,CE,硅,管允许结温约为,150,C,，,锗,管约为,70,90,C,。,I,CM,U,(BR)CEO,I,C,U,CE,O,I,C,U,CE,=P,CM,安全工作区,由三个极限参数可画出晶体管的安全工作区。,晶体管参数与温度的关系,1.,温度每增加,10,C,，,I,CBO,增大一倍。硅管优于锗管。,2.温度每上升1C，UBE将减小(22.5)mV，即晶体,管具有负温度系数。,3.温度每上升 1C，增加 0.5%1.0%。,14.6.3,光电晶体管,光电晶体管用入射光照度E的强弱来把握集电极电流。当无光照时,集电极电流 ICEO很小,称为暗电流。当有光照时,集电极电流称为光电流，一般约为零点几毫安到几毫安。,常用的光电晶体管有3AU、3DU等系列。,(b),输出特性曲线,(a),符号,C,E,光电晶体管在一般的检测电能和光电转换中作为转换元件。,14.6,光电器件,作业1,教材电工学第七版下册,